железные корабли за счет чего не тонут
Почему корабли не тонут
Почему не тонет корабль
Способность держаться на поверхности воды свойственна не только кораблям, но и некоторым животным. Взять хотя бы водомерку. Это насекомое из семейства полужесткокрылых уверенно чувствует себя на водной глади, перемещаясь по ней скользящими движениями. Такая плавучесть достигается благодаря тому, что кончики лапок водомерки покрывают жесткие волоски, которые не смачиваются водой.
Ученые и изобретатели надеются, что в будущем человек сможет создать транспортное средство, которое будет передвигаться по воде по принципу водомерки.
Но в отношении традиционных судов принципы бионики не действуют. Объяснить плавучесть корабля, сделанного из металлических деталей, сможет любой ребенок, знакомый с основами физики. Как гласит закон Архимеда, на тело, которое погружается в жидкость, начинает действовать выталкивающая сила. Ее величина равна весу воды, вытесняемой телом при погружении. Тело не сможет утонуть, если сила Архимеда превышает вес тела или равна ему. По этой причине корабль остается на плаву.
Чем больше объем тела, тем больше воды он вытесняет. Железный шар, опущенный в воду, тут же утонет. Но если его раскатать до состояния тонкого листа и сделать из него полый внутри шар, то такая объемная конструкция будет держаться на воде, лишь слегка в нее погрузившись.
Суда с металлической обшивкой строят таким образом, чтобы в момент погружения корпус вытеснял очень большое количество воды. Внутри корабельного корпуса имеется множество пустых областей, заполненных воздухом. Поэтому средняя плотность судна оказывается значительно меньше, чем плотность жидкости.
Как сохранить плавучесть судна?
Корабль держится на плаву, пока его обшивка исправна и не имеет повреждений. Но судьба судна окажется под угрозой, стоит ему получить пробоину. Сквозь прореху в обшивке внутрь судна начинает поступать вода, заполняя его внутренние полости. И тогда корабль вполне может затонуть.
Чтобы сохранить плавучесть судна при получении пробоины, его внутреннее пространство стали разделять перегородками. Тогда небольшая пробоина в одном из отсеков не угрожала общей живучести судна. Из отсека, который подвергался затоплению, с помощью насосов откачивали воду, а пробоину старались заделывать.
Хуже, если повреждалось сразу несколько отсеков. В этом случае судно могло утонуть из-за потери равновесия.
В начале XX века профессор Крылов предложил умышленно затапливать отсеки, расположенные в части судна, которая противоположна тем полостям, что подверглись затоплению. Корабль при этом несколько осаживался в воду, но оставался в горизонтальном положении и не мог утонуть в результате переворачивания.
Предложение морского инженера было столь необычным, что на него долгое время не обращали внимания. Только после поражения российского флота в войне с Японией его идею взяли на вооружение.
Исследовательская работа «Почему железные корабли не тонут?»
Ищем педагогов в команду «Инфоурок»
Муниципальное общеобразовательное учреждение
«Гимназия №12 г. Волгограда»
«Почему железные корабли не тонут»
Автор работы: Гудырин Алексей, ученик 4 В класса
Руководитель работы: Черкунова М.В., учитель нач. классов
В океане среди волн,
Металлический весь он,
Но не тонет, а плывёт,
За собою след ведёт!
Я каждое лето уезжаю к бабушке на дачу, которая находится недалеко от Волго-Донского канала. Мы часто ходим по утрам ловить рыбу, и я люблю смотреть на большие корабли, как они идут по каналу, поднимаются и опускаются в камере шлюза. И мне стало интересно, что позволяет им не только держаться на воде, но и перевозить тяжелые грузы?
Кажется, удивительным, что огромные корабли держатся на плаву и не тонут. Если взять сплошной кусок металла и поместить его в воду, он немедленно пойдет ко дну. А ведь современные лайнеры тоже делают из металла. Чем объяснить их хорошую плавучесть?
Итак, цель моей работы – узнать почему не тонут корабли.
Узнать, как корабль держится на воде;
Что такое «Плавучесть судна»? ;
Провести опыты по изучению свойств корабля.
Глава 1. Теоретическая часть.
История появления кораблей.
Издревле человечество стремилось осваивать речные и морские просторы планеты. Первые места расселения человека были образованы на берегах рек, озер, морей. Речные и морские пути – это первейшие транспортные магистрали, используемые человеком. Для освоения водных ресурсов развилась целая наука – судостроение. Постройка кораблей основана на целом комплексе наук и ремесел, опыте специалистов и технических достижениях.
1.2 История судостроения
Историческая наука не может определить точных дат начала строительства судов. Но во многих письменных источниках упоминается о морских судах и существовании торговых путей, которые связывали между собой человеческие поселения. Эти свидетельства подтверждают высокие достижения древних кораблестроительных технологий. Первые простейшие суда изобрели задолго до колесной повозки.
Способность корабля плавать в определенном положении определяется термином «плавучесть».
Из истории мы знаем, что человек из дерева делал вначале плоты, а затем лодки, используя свойство дерева –плавучесть.
Плавучесть — свойство погруженного в жидкость тела оставаться в равновесии, не выходя из воды и не погружаясь дальше, то есть плавать.
Плавучесть судна обоснована тем, что сила тяжести судна уравновешивается выталкивающими силами воды, которые возникают в процессе давления на корпус корабля. Эту взаимосвязь вывел в своем законе древнегреческий ученый Архимед. Выталкивающие силы воды зависят от плотности жидкости и объема корпуса корабля. Под действием этих сил корабль может двигаться.
Корабли по своей массе действительно тяжелые, но у них достаточный запас воздуха внутри корпуса и высокие борта. Сила тяжести любого судна меньше сил воды, поэтому корабли держатся на воде. Если превысить грузоподъемность судна, то корабль затонет. Аналогичная ситуация возникнет, если судно получило пробоину. Корпус наполнится водой, сила тяжести увеличивается, корабль тонет.
Почему корабли не тонут
Как известно, корабли строят из металла и они очень тяжёлые. Железные гвозди тоже производят из металла, по сравнению с кораблями они лёгкие, но, тем не менее, уходят ко дну. А почему корабли не тонут?
Закон Архимеда в действии. Парадокс Архимеда
Чтобы объяснить это явление, необходимо иметь представление о Законе Архимеда: на тело, погружённое в жидкость (или газ), действует выталкивающая сила, равная весу жидкости (или газа) в объёме тела. Чтобы убедиться в действии выталкивающей силы, достаточно погрузиться в ванну, наполненную до краёв. Тело вытолкнет часть воды вверх, и она прольётся на пол. Другими словами, когда какое-либо физическое тело погружается в воду, оно освобождает себе пространство, выталкивая часть воды. А вода, в свою очередь, выталкивает тело наверх.
Корабли очень тяжёлые, но в их корпусе есть большие равномерно расположенные пустоты, заполненные воздухом, который легче воды. В результате вес той воды, которую выталкивает корабль, больше его собственного веса. Так что судно не утонет до тех пор, пока оно не перегружено и не стало тяжелее вытолкнутой им воды. Между прочим, пустые помещения помогают кораблю не потонуть даже с пробоиной в корпусе, находящейся ниже уровня воды. Это возможно благодаря тому, что эти пустоты отгорожены друг от друга толстыми перегородками. Если даже вода полностью заполнит одну полость, то остальные останутся в прежнем состоянии.
Таким образом, в случае корабля выталкивающая сила равна весу воды в объёме той части судна, которая погружена в воду. Если эта сила больше, чем вес судна, то оно будет плавать. Кстати, парадокс Архимеда утверждает, что тело может плавать в объёме воды меньшем, чем объём самого тела, если его средняя плотность меньше, чем плотность воды. Проявление этого парадокса состоит в том, что массивное тело (то есть плавательное средство) может плавать в объёме воды намного меньшем, чем объём самого тела.
Понятия водоизмещения и ватерлинии
Корабль не тонет потому, что, в отличие от гвоздя, обладает водоизмещением. Водоизмещение — это количество (вес или объём) воды, вытесненной подводной частью корпуса судна. Масса этого количества воды равна весу всего судна, независимо от его размера, материала и формы.
Как известно, корабли предназначены для перевозки людей и грузов. Если он пустой, то его вес минимальный, а следовательно, он меньше всего «осаживается» в море. Гружёное судно погружается в воду глубже. При повышенной нагрузке чрезмерное погружение в воду чревато затоплением — судно уйдёт под воду и утонет. Поэтому на корпусе имеется ватерлиния — специальная горизонтальная линия на внешней стороне борта, до которой крупное плавательное средство погружается в воду при нормальной осадке. Обычно выше неё корабль открашен одним цветом, а ниже — другим. Если уровень ватерлинии начал погружаться под воду, это свидетельствует о перегрузке судна либо наличии пробоины. С другой стороны, пустой корабль не должен быть слишком лёгким, так как в этом случае его подводная часть будет слишком маленькой по отношению к надводной. Такое положение также опасно: ветер и волны могут опрокинуть плавательное средство.
В наше время для определения глубины погружения существует множество датчиков. А ватерлиния — лишь вспомогательное средство определения исправности и правильной эксплуатации судов.
Таким образом, железные суда проектируют и строят с таким расчётом, чтобы при погружении они вытесняли количество воды, вес которой равен их весу в загруженном состоянии.
Аналогия с железным шариком
Можно представить объяснение и с точки зрения физической зависимости между массой, объёмом и плотностью. Тела, плотность которых меньше плотности воды, свободно плавают по её поверхности. Как известно, плотность обратно пропорциональна объёму и прямо пропорциональна массе, что отражает формула ρ=m/v. То есть при неизменной массе тела, чтобы уменьшить плотность, требуется пропорционально увеличить его объём. Последнее утверждение можно представить следующим примером.
Железный шарик тонет в воде, потому что у него большой вес, но маленький объём. Если этот шарик расплющить в тонкий лист, а из листа сделать большой, внутри пустой шар, то вес не увеличится, а объём значительно вырастет, из-за чего железный шар будет плавать.
Корабль внутри имеет множество пустых, наполненных воздухом помещений, и его средняя плотность значительно меньше плотности воды. Поэтому для судна очень опасно, если пробоины в нём будут наполняться водой. Вода тяжелее воздуха, что приведёт к нарушению баланса между весом судна и объёмом, и он пойдёт ко дну.
Интересно, что в танкерах, перевозящих нефть, пустых помещений с воздухом почти нет, так как сама нефть имеет плотность, меньшую плотности воды. Аналогично и с лесовозами. Поэтому танкеры и лесовозы нагружают под завязку — чтобы не требовался воздух. А такие судна, как балкеры, перевозящие металл и железную руду, нуждаются в большом количестве пустых помещений.
На схеме: 1 — Силы поддержания корабля на плаву; 2 — Давление воды на борт судна.
Таким образом, действие выталкивающей силы зависит, во-первых, от объёма плавательного средства, а во-вторых — от плотности воды, в которой судно плавает.
Эта сила тем больше, чем больше объём погружённого тела.
Могут ли корабли летать?
Суда на воздушной подушке передвигаются по воде, однако они не погружаются в воду, как обычные корабли. Они парят на прослойке воздуха, которая приподнимает судно над поверхностью воды. Такой корабль может передвигаться не только по воде, но и по земле.
Как погружаются и всплывают подводные лодки?
У подводной лодки есть специальные резервуары, которые при погружении заполняются водой. Вес лодки увеличивается, она становится тяжелее воды и погружается вниз. При всплытии резервуар наполняют воздухом, который вытесняет воду. Схематически это указано на рисунке выше.
Первая подводная лодка
Одна из первых подводных лодок была сконструирована и испытана голландцем Корнелиусом ван Дреббелем ещё в 20-х годах XVII века. Двенадцать гребцов погружали деревянную лодку под воды реки Темза в Великобритании.
Первый водолазный костюм
Этот неуклюжий водолазный костюм изобрели более 200 лет назад. Воздух для водолаза поступал с поверхности по длинному шлангу.
Таким образом, благодаря воздуху, который легче воды, можно контролировать погружение тел в воду. На этом принципе основано перемещение подводных лодок и по этой причине корабли не тонут.
Почему корабль не тонет? Простое объяснение непростого вопроса
В настоящее время кораблестроение хорошо развито. Громадные стальные и железные суда бороздят просторы океана. Однако у многих возникает вопрос: почему корабль не тонет? Ведь его масса огромна, и он должен утонуть сразу же, как только окажется на воде.
Почему корабль не тонет? Физика в кораблестроении
Для того чтобы объяснить такое интересное явление, необходимо обратиться к закону великого ученого Архимеда. Закон звучит следующим образом: жидкость выталкивает любые тела с такой силой, которая равняется весу жидкости в объеме погруженной в нее части тела. Если говорить более простыми словами, то звучит это примерно так: чем больше площадь корабля, тем тяжелее он может быть и при этом не утонуть. А значит, большая площадь позволяет использовать такие тяжелые материалы, как сталь или железобетон, которыми и пользовались США для кораблестроения в начале 20-го века.
К тому же большая площадь дает возможность нагружать судно грузом. Плавучесть корабля поддерживается объемом воздуха, который заключен в объем всего судна. Стоит отметить, что воздух в 825 раз легче, чем вода. Это же и является ответом на вопрос, почему корабль не тонет. Ведь именно из-за образования так называемой воздушной подушки и при использовании закона Архимеда удается строить стальные судна, которые не уходят под воду.
Почему корабль не тонет? Инженерная часть
Кроме закона Архимеда и принципа воздушной подушки, инженеры кораблестроения используют еще кое-что. Это называется принцип рычага. Он обеспечивает плавучесть судна, а также его способностью сопротивляться ветру и волнам. Проектирование корабля можно рассмотреть на обычном тазике, плавающем в ванной. Если оставить предмет в небольшом объеме воды, то плавать он будет постоянно, а вот если перенести его в речку и пустить по воде, то через определенный период тазик наполнится жидкостью из-за ветра и волн и, естественно, утонет.
Этот же принцип сработает и на громадном стальном корабле, если он будет характеризоваться малой остойчивостью. Ею называют способность корабля сохранять устойчивую позицию на воде. Зависимость этого показателя происходит от того места, в котором расположен центр тяжести судна. Чем выше поднимается этот центр, тем легче будет ветру и волнам перевернуть судно.
Это говорит о том, что остойчивость малая. Именно по этой причине все современные судна строятся с расчетом на то, что все тяжелые части вроде ходовых двигателей и т. д. располагаются в нижней части судна. Строительство кораблей также проходит с небольшим нюансом. Чтобы увеличить остойчивость и уменьшить риск потопления судна, конструкторы оборудуют дно корабля специальными свинцовыми накладками, которые исполняют роль утяжелителей.
Правила морехода
Управление судном
Почему корабль тяжелый, а не тонет
Почему корабль тяжелый, а не тонет.
Ответить на вопрос «почему тяжелый, железный корабль не тонет в воде?», нам поможет закон древнегреческого ученого Архимеда, который гласит:
«На тело, погруженное в жидкость или газ, действует выталкивающая сила, направленная вертикально вверх. Чем больше объем тела, тем больше выталкивающая сила. По величине она равняется весу жидкости вытесненной телом».
Таким образом, на корабль находящийся в воде действует выталкивающая сила. Эта сила так и называется – сила Архимеда. Она направлена против силы тяжести и равняется весу воды, которую вытеснил собой корабль.
Так почему же корабль не тонет?
Секрет в том, что плотность стали (металл из которого делают корабли) больше плотности воды. Это значит, что металл тверже воды.
Но сталь не в одиночку вытесняет воду. Внутри судна находится воздух. Если мы разделим вес корабля на его объем, то полученная общая плотность будет меньше плотности воды.
Сила Архимеда равна весу воды, вытесняемой погруженной в воду части судна, и она же равна силе тяжести, действующей на судно. В результате корабль плавает.
Трюм корабля (внутреннее помещение, лежащее ниже самой нижней палубы корабля.То есть что-то похожее на подвал), состоит из водонепроницаемых переборок (тонких внутренних стенок, разделяющих помещение, перегородок).
Если в один отсек (помещение или пространство внутри судна, ограниченное стенками или перегородками.Что-то вроде комнаты) попадает вода, то корабль оседает, но не тонет так как переборки не пропускают воду в другие отсеки.